RU205914U1

RU205914U1 - Stand for studying the change in the rotor noise of an unmanned aerial vehicle from the rotational speed by sound impact on the system of sound wave receivers

Info

Publication number: RU205914U1
Application number: RU2021100429U
Authority: RU
Inventors: Олег Витальевич Гайворонский; Семен Александрович Лыхин; Андрей Викторович Чапоргин; Александр Павлович Ваньков
Original assignee: Федеральное государственное автономное учреждение "Военный инновационный технополис "ЭРА"
Priority date: 2021-01-12
Filing date: 2021-01-12
Publication date: 2021-08-12

Abstract

Полезная модель относится к акустике, в частности к исследованиям звуковых колебаний, возникающих при работе винтомоторной группы, и может быть использована, например, при проектировании винта БПЛА с улучшенными звуковой и тяговой характеристикой.The utility model relates to acoustics, in particular, to the study of sound vibrations arising during the operation of the propeller-driven group, and can be used, for example, in the design of a UAV propeller with improved sound and thrust characteristics.

Стенд для исследования изменения шума винта БПЛА от частоты вращения содержит неподвижную платформу 1 с установленной платформой 2, на которой установлен электродвигатель 3, причем неподвижное основание 1 связано с платформой 2 электронными средствами определения тяги 8. Электромотор 3, установленный на платформе 2, подключен к контроллеру электромотора 4, к которому подсоединены регулятор оборотов электромотора 5 и источник питания 6. На валу электродвигателя 3 установлен винт 7. К неподвижному основанию 1 присоединена система приемников звуковых волн, приемники звуковых волн 9 расположены на жестких линейных основах. На одной линейной основе расположен один приемник. Линейные основы прикреплены к неподвижному основанию 1 так, что между двумя близлежащими линейными основами сохраняется равенство углов. В качестве приемников звука 9, закрепленных на линейной основе, используют микрофоны или шумомеры, причем на линейных основах предусмотрены неподвижные крепления для приемников звука. Используют не менее трех приемников звука, таким образом, приемники звука, расположенные на линейных основах, расположены равномерно по кругу вокруг винтомоторной группы.The stand for investigating the change in the noise of the UAV propeller from the rotational speed contains a fixed platform 1 with an installed platform 2, on which an electric motor 3 is installed, and the fixed base 1 is connected to the platform 2 by electronic means for determining the thrust 8. The electric motor 3, installed on the platform 2, is connected to the controller of the electric motor 4, to which the speed controller of the electric motor 5 and the power source are connected 6. A screw 7 is installed on the shaft of the electric motor 3. A system of receivers of sound waves is connected to the fixed base 1, the receivers of sound waves 9 are located on rigid linear bases. One receiver is located on one linear base. Linear bases are attached to a fixed base 1 so that equal angles are maintained between two adjacent linear bases. Microphones or sound level meters are used as sound receivers 9 fixed on a linear base, and fixed mounts for sound receivers are provided on linear bases. At least three sound receivers are used, thus, sound receivers located on linear bases are evenly spaced in a circle around the propeller group.

Установка-стенд решает задачу, связанную с необходимостью определения шума, производимого винтом и оценке эффективности винтомоторных групп с одновременным увеличением достоверности получаемых результатов. Установка-стенд позволяет определять производимую винтомоторной группой тягу и создаваемый в режиме работы шум, формировать базы данных показателей создаваемой тяги и производимого шума для сравнения характеристик разных моделей винтов и эффективности работы разных винтомоторных групп.The test bench solves the problem associated with the need to determine the noise produced by the propeller and to assess the efficiency of the propeller-driven groups with a simultaneous increase in the reliability of the results obtained. The test bench allows you to determine the thrust produced by the propeller group and the noise generated in the operating mode, to form a database of indicators of the generated thrust and the noise produced to compare the characteristics of different propeller models and the efficiency of different propeller groups.

Технический результат, достигаемый с помощью заявленного устройства измерения шума, создаваемого винтомоторной группой, заключается в возможности оценки винтов для беспилотных летательных аппаратов по таким показателям как создаваемые сила тяги и шум в режиме работы, таким образом производить сравнительные испытания винтов с разной геометрией для оценки их характеристик.The technical result achieved with the claimed device for measuring the noise generated by the propeller-driven group consists in the possibility of evaluating propellers for unmanned aerial vehicles by such indicators as the thrust force and noise generated during operation, thus making comparative tests of propellers with different geometries to assess their characteristics ...

Реализация заявленных способа и устройства исследования звуковых колебаний, возникающих при работе винтомоторной группы подтверждает различия в характеристиках тяги и производимого в режиме работы шума винтомоторных групп, что позволяет определить винты с лучшими характеристиками тяги и производимого шума. 1 ил.

The implementation of the claimed method and device for studying the sound vibrations arising during the operation of the propeller-driven group confirms the differences in the characteristics of the thrust and the noise produced in the operating mode of the propeller-engine groups, which makes it possible to determine the propellers with the best characteristics of the thrust and the noise produced. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к акустике, в частности к исследованиям звуковых колебаний, возникающих при работе винтомоторной группы, и может быть использована для разработки и производства винтов беспилотных летательных аппаратов гражданского, военного и двойного назначения и оценки винтомоторных групп по таким критериям как создаваемая винтомоторной группой тяга и шум.The utility model relates to acoustics, in particular, to the study of sound vibrations arising during the operation of a propeller-driven group, and can be used for the development and production of propellers for civil, military and dual-purpose unmanned aerial vehicles and for evaluating propeller groups according to criteria such as the thrust created by the propeller-driven group and noise.

В основе работы установки лежит явление возникновения звуковых колебаний и создание тяги, вызванные работой винтомоторной группы, и устройства измерения возникающего шума и создаваемой тяги при тестировании различных конструкций винтов.The operation of the installation is based on the phenomenon of the appearance of sound vibrations and the creation of thrust caused by the operation of the propeller-driven group, and the device for measuring the arising noise and the thrust generated when testing various designs of propellers.

Известно устройство для создания и исследования крутильных колебаний ротора машины (RU 154365 U1, МПК G01H 11/06), содержащее cтенд для исследования колебаний ротора машины, содержащий установленный на неподвижном основании электродвигатель.A device for creating and researching torsional vibrations of a machine rotor is known (RU 154365 U1, IPC G01H 11/06), containing a stand for researching vibrations of a machine rotor, containing an electric motor mounted on a fixed base.

Недостатком данного устройства является то, что оно позволяет проводить исследование только крутильных колебаний, при этом имеется неприспособленность устройства для приема звуковых волн, возникающих при работе электромотора в режиме работы.The disadvantage of this device is that it allows you to study only torsional vibrations, while there is an inability of the device to receive sound waves arising from the operation of the electric motor in the operating mode.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ остронаправленного приема звуковых волн (RU 2012144160 А, МПК G01H 11/00), содержащее приемники звуковых волн, расположенные на жесткой линейной основе.The closest to the proposed technical solution is a method of highly directional reception of sound waves (RU 2012144160 A, IPC G01H 11/00), containing sound wave receivers located on a rigid linear basis.

Недостатком данной системы является неприспособленность устройства для установки винтомоторной группы и средств измерения создаваемой винтомоторной группой тяги, также метод приема звуковых волн предусматривает фильтрацию входящего звука, что не подходит для целей изобретения.The disadvantage of this system is the inability of the device for installing the propeller-driven group and the means of measuring the thrust created by the propeller-driven group, and the method of receiving sound waves provides for filtering the incoming sound, which is not suitable for the purposes of the invention.

Задачей настоящей модели является оценка винтов для беспилотных летательных аппаратов по таким показателям как создаваемые винтомоторной группой в режиме работы сила тяги и шум, таким образом производить сравнительные испытания винтов с разной геометрией и винтомоторных групп для оценки их характеристик, в том числе для уменьшения звуковой заметности разведывательных беспилотных летательных аппаратов.The objective of this model is to evaluate propellers for unmanned aerial vehicles by such indicators as the thrust force and noise generated by the propeller-driven group in operation mode, thus to carry out comparative tests of propellers with different geometries and propeller-driven groups to assess their characteristics, including to reduce the sound signature of reconnaissance unmanned aerial vehicles.

При решении указанной задачи была разработана установка-стенд, позволяющая достигнуть технический результат, заключающийся в испытании конструкционных особенностей исследуемых геометрических параметров винтов, сборе и обработке тяговых и шумовых сигналов, генерируемых этими параметрами и модификация на их основе геометрии винта.When solving this problem, a test bench was developed that allows to achieve a technical result, which consists in testing the design features of the investigated geometric parameters of the propellers, collecting and processing the traction and noise signals generated by these parameters and modifying the propeller geometry based on them.

Сущность заявляемого стенда для исследования изменения шума винта БПЛА от частоты вращения, заключается в том, что он содержит исследуемый объект, электронное устройство измерения силы тяги и систему приемников звуковых волн.The essence of the proposed stand for studying the change in the noise of the UAV propeller from the rotational speed lies in the fact that it contains the object under study, an electronic device for measuring the thrust force and a system of sound wave receivers.

Исследуемый объект может быть выполнен в виде сменного винта БПЛА.The object under study can be made in the form of a replaceable UAV propeller.

Электронное устройство измерения силы тяги может быть выполнено в виде весов различной конструкции в зависимости от направления тяги, создаваемой винтомоторной группой.The electronic device for measuring the thrust force can be made in the form of scales of various designs, depending on the direction of the thrust generated by the propeller-driven group.

Система приемников звуковых волн может состоять из микрофонов, неподвижно закрепленных на линейных основах так, что на одной линейной основе расположен один приемник.The sound wave receiver system can consist of microphones fixedly mounted on linear bases so that one receiver is located on one linear base.

Стенд для исследования изменения шума винта беспилотного летательного аппарата от частоты вращения путем звукового воздействия на систему приемников звуковых волн представлен на:A stand for studying the change in the rotor noise of an unmanned aerial vehicle from the rotational speed by sound impact on the system of sound wave receivers is presented at:

фиг. 1 - структурная схема.fig. 1 is a block diagram.

Стенд для исследования изменения шума винта БПЛА от частоты вращения содержит неподвижную платформу 1 (Фиг. 1), выполненную в форме квадрата с длиной стороны более 100 мм, которая обеспечивает устойчивое положение всей конструкции полезной модели. На неподвижной платформе 1 установлена платформа 2, на которой жестко установлен электродвигатель 3, причем неподвижное основание 1 связано с платформой 2 электронными средствами определения тяги винта 8, способными считывать показания тяги, создаваемой винтомоторной группой в режиме работы. При этом конструкция предполагает возможность смены закрепленного мотора. Электронные средства измерения 8 способны считывать показания значения тяги, создаваемой винтомоторной группой, как в случае направления тяги вверх, так и в случае направления тяги вниз. Электромотор 3, установленный на платформе 2, подключен к контроллеру электромотора 4, к которому подсоединены регулятор оборотов электромотора 5 и источник питания 6. Подсоединение к электромотору 3 происходит таким образом, что не препятствует штатной работе электромотора и не вносит погрешностей в показания измерителя тяги винтомоторной группы 8. На валу электродвигателя 3 установлен исследуемый объект 7 в виде винта, причем конструкция предполагает возможность смены винта 7 без необходимости снятия мотора 3 с платформы. К неподвижному основанию 1 присоединена система приемников звуковых волн, приемники звуковых волн 9 расположены на жестких линейных основах. На одной линейной основе расположен один приемник. Линейные основы прикреплены к неподвижному основанию 1 так, что между двумя близлежащими линейными основами сохраняется равенство углов. Положение линейных основ друг относительно друга обеспечивает круговое расположение микрофонов вокруг винтомоторной группы, что обеспечивает объемное измерение создаваемых винтомоторной группой шумов. В качестве приемников звука 9, закрепленных на линейной основе, используют микрофоны, причем на линейных основах предусмотрены неподвижные крепления для микрофонов. Крепление микрофона жестко фиксирует его на линейной основе. Направление микрофонов определяют нормальным положением к линейной основе, то есть к середине неподвижной платформы 1. Используют не менее трех микрофонов, таким образом, микрофоны, расположенные на линейных основах, расположены равномерно по кругу вокруг винтомоторной группы. В случае увеличения количества микрофонов пропорционально увеличивается количество линейных основ таким образом, что на одной линейной основе установлен один микрофон, а само расположение линейных основ меняется таким образом, чтобы сохранять равенство углов между собой, обеспечивая круговое расположение микрофонов вокруг винтомоторной группы.The stand for investigating the change in the noise of the UAV propeller from the rotational speed contains a fixed platform 1 (Fig. 1), made in the form of a square with a side length of more than 100 mm, which ensures a stable position of the entire structure of the utility model. On the stationary platform 1, a platform 2 is installed, on which the electric motor 3 is rigidly mounted, and the fixed base 1 is connected to the platform 2 by electronic means for determining the propeller thrust 8, capable of reading the indications of the thrust created by the propeller-driven group in the operating mode. In this case, the design assumes the possibility of changing the fixed motor. Electronic measuring instruments 8 are capable of reading the value of the thrust generated by the propeller-driven group, both in the case of the thrust direction upwards and in the case of the thrust direction downwards. The electric motor 3, installed on the platform 2, is connected to the controller of the electric motor 4, to which the speed controller of the electric motor 5 and the power supply are connected. 8. On the shaft of the electric motor 3, the object under study 7 is installed in the form of a screw, and the design assumes the possibility of changing the screw 7 without the need to remove the motor 3 from the platform. A system of receivers of sound waves is connected to the fixed base 1, receivers of sound waves 9 are located on rigid linear bases. One receiver is located on one linear base. Linear bases are attached to a fixed base 1 so that equal angles are maintained between two adjacent linear bases. The position of the linear bases relative to each other provides a circular arrangement of the microphones around the propeller group, which provides a volumetric measurement of the noise generated by the propeller group. Microphones are used as sound receivers 9 fixed on a linear base, and fixed mounts for microphones are provided on the linear bases. The microphone mount rigidly fixes it on a linear basis. The direction of the microphones is determined by their normal position to the linear base, that is, to the middle of the fixed platform 1. At least three microphones are used, thus the microphones located on the linear bases are evenly spaced in a circle around the propeller group. In the case of an increase in the number of microphones, the number of linear bases is proportionally increased so that one microphone is installed on one linear base, and the arrangement of the linear bases itself changes in such a way as to maintain equal angles among themselves, providing a circular arrangement of microphones around the propeller group.

Изготовление устройства подразумевает использование в конструкции деревянных, пластиковых и металлических деталей, использование электронных приборов. На неподвижном основании из дерева, пластика или металла жестко закреплены электронное устройство измерения силы тяги и линейные направляющие. В качестве электронного устройства измерения тяги выступают весы различной конструкции в зависимости от направления тяги, создаваемой винтомоторной группой. Жестко закрепленные на неподвижном основании весы связывают неподвижное основание и платформу, на которой установлен электромотор, предусмотрено специальное крепление из пластика или металла для жесткой посадки электромотора с возможностью замены электромотора. Электромотором выступает коллекторный или бесколлекторный двигатель, на валу которого предусмотрено крепление для винта. К электромотору подсоединены контроллер электродвигателя, регулятор оборотов электродвигателя и источник питания. Линейные направляющие и крепления микрофонов выполнены из пластика или металла. Линейные направляющие должны обеспечивать стабильное положение микрофонов и их правильное ориентирование в процессе проведения измерений. Микрофонами могут выступать цифровые шумомеры.The manufacture of the device implies the use of wooden, plastic and metal parts in the construction, the use of electronic devices. An electronic device for measuring traction force and linear guides are rigidly fixed on a fixed base made of wood, plastic or metal. Scales of various designs are used as an electronic device for measuring thrust, depending on the direction of thrust generated by the propeller-driven group. Scales rigidly fixed on a stationary base connect the stationary base and the platform on which the electric motor is installed; a special plastic or metal mount is provided for a rigid landing of the electric motor with the possibility of replacing the electric motor. The electric motor is a collector or brushless motor, on the shaft of which there is a fastening for a screw. Connected to the electric motor are an electric motor controller, an electric motor speed controller and a power supply. Linear rails and microphone mounts are made of plastic or metal. Linear guides should ensure that the microphones are stable and oriented correctly during measurements. Digital sound level meters can act as microphones.

Исследования изменения шума винта с помощью описанного стенда производится следующим образом. В лабораторных условиях на стенд устанавливается винтомоторная группа, к которой подключаются контроллер электромотора, регулятор оборотов электромотора и источник питания. Включается система приемников звуковых волн, включаются электронные средства определения тяги винта. Используя регулятор оборотов электромотора, винтомоторная группа приводится в режим работы. Винтомоторная группа в режиме работы производит шум, воспринимаемый системой приемников звуковых волн, которые преобразовывают значение в цифровую форму. Винтомоторная группа в режиме работы создает тягу, воспринимаемую электронными средствами определения тяги.Research of changes in the noise of the propeller using the described stand is carried out as follows. In laboratory conditions, a propeller-driven group is installed on the stand, to which an electric motor controller, an electric motor speed regulator and a power source are connected. The system of receivers of sound waves is switched on, electronic means for determining the propeller thrust are switched on. Using the speed controller of the electric motor, the propeller group is brought into operation. The propeller group in operation produces noise, which is received by the system of sound wave receivers, which convert the value into digital form. The propeller group in the operating mode creates a thrust perceived by the electronic means for determining the thrust.

Повышение достоверности измерения звуковых колебаний по сравнению с прототипом обеспечивается за счет использования независимых друг от друга приемников звуковых колебаний, имеющие характеристики диапазона измерения не хуже диапазона от 30 дБ до 130 дБ с точностью 1,5 дБ и диапазона частот от 31,5 Гц - 8,5 кГц. По сравнению с прототипом, конструкция подразумевает жесткое крепление электромотора, обеспечивающее при этом возможность размещения электронных средств измерения создаваемой винтомоторной группой тяги, имеющие характеристики максимальной нагрузки не менее 10 кг, с дискретностью до 1 г и точностью до 1 г.An increase in the reliability of measuring sound vibrations in comparison with the prototype is ensured through the use of independent from each other receivers of sound vibrations, having the characteristics of the measurement range not worse than the range from 30 dB to 130 dB with an accuracy of 1.5 dB and the frequency range from 31.5 Hz - 8 , 5 kHz. Compared with the prototype, the design implies a rigid attachment of the electric motor, while providing the possibility of placing electronic means of measuring the thrust created by the propeller-driven group, having characteristics of a maximum load of at least 10 kg, with a discreteness of up to 1 g and an accuracy of up to 1 g.

Наибольший эффект применения данной полезной модели будет выражен в сфере разработки и производства винтов и моторов для беспилотных летательных аппаратов и беспилотных летательных аппаратов гражданского, военного и двойного назначения.The greatest effect of this utility model will be expressed in the development and production of propellers and motors for unmanned aerial vehicles and unmanned aerial vehicles for civil, military and dual-use.

Claims

A stand for studying sound vibrations arising during the operation of a propeller-driven group, containing a platform mounted on a fixed base, an electric motor is installed on the platform, to which an electric motor controller, an electric motor speed controller and a power source are connected, a propeller is installed on the electric motor shaft, and the fixed base is connected to the platform by electronic means for determining the thrust, capable of reading the indications of the thrust created by the propeller-driven group in the operating mode, a system of sound waves receivers is connected to the fixed base, characterized in that the receivers of sound waves are located on rigid linear bases so that one receiver is located on one linear base, linear bases attached to a fixed base so that equality of the angles between two adjacent linear bases is maintained, while at least three microphones or sound level meters are used as sound receivers, and on linear bases pr Fixed mountings for sound receivers are provided, the direction of sound receivers is determined by their normal position to a linear base, that is, to the middle of a fixed platform, thus, sound receivers located on linear bases are evenly located in a circle around the propeller group.